・無限の深遠さ                       GAI 氏

 Πp=2〜∞ (1+1/p4)   (p:素数) の極限値の予想をしてみて下さい。

<ヒント> 素数と円周率が関連してきます。

 どうも無限が入ってくると、人間の直感が効かなくなり結果を見ていると不思議な気がして
きます。


 空舟さんからのコメントです。(平成25年12月6日付け)

 極限値は、105/π4 (≒1.07792814)のようですね。

 実は、ゼータ関数のオイラー積の表示したもの:ζ(s) = Π1/(1+p-s)    (p:素数) を参考
に ζ(4)/ζ(8) を取りました。ζ(4) = π4/90、ζ(8) = π8/9450 らしいので 、105/π4 を
得ました。(空舟さん 平成25年12月8日付け追記


 空舟さん、正解です。数値計算で求め、何が当てはまるかを推測されたと思います...。

(追記) 平成25年12月7日付け

 さらに、無限に親しんでみましょう。例の調和数列:A=1/1+1/2+1/3+1/4+・・・+1/n+・・・ 
は無限大に発散する。

 また、 B=1/1+1/3+1/5+・・・+1/(2n-1)+・・・ や、C=1/2+1/4+1/6+・・・+1/2n+・・・ も無
限大に発散する。

 ところが、

 D=1/1+1/2+1/3+・・・+1/8+1/10+1/11+・・・+1/18+1/20+・・・+1/88+1/100+1/101+・・・

の様に、「9」の数字を少なくとも1個でも含むものは除外していくと、無限大には発散せず、
有限の値に収束するという。(原理的には、「9」以外でも、どんな数字でも同じ。)

 このことを、示してください。


 らすかるさんからのコメントです。(平成25年12月7日付け)

 D=(1/1+1/2+1/3+・・・+1/8)+(1/10+1/11+・・・+1/18+1/20+・・・+1/88)+(1/100+1/101+・・・

  <1×8+(1/10)×(9×8)+(1/100)×(9×9×8)+・・・
                 (9×9×8は一の位が9通り、十の位が9通り、百の位が8通り)

  =1×8+(9/10)×8+(9/10)2×8+・・・

  =8×{1+(9/10)+(9/10)2+・・・}

  =8×1/(1-9/10)=80

 より、上に有界で、部分和の列は単調増加なので、有限の値に収束する。


 空舟さんからのコメントです。(平成25年12月8日付け)

 この級数はどこかで見たことがありました。探し出せました。(→「ケンプナー様級数」)

「おおよそ 22.9206766193 に収束する」らしいです。しかし、この数値の計算はどうやって出
したのでしょう・・・。普通に足していくには収束は遅すぎるので、何かうまい工夫があるので
しょうか・・?ちょっと思いつきません。


 空舟さんへのお返事です。(平成25年12月8日付け)

 Mathematica で1億までの計算をしてみました。
{s=0};Do[If[MemberQ[IntegerDigits[n,10],9]==False,s=s+N[1/n]],{n,1,10^8}];Print[s]

 20分くらいの時間で、「13.2776・・・」の値になりました。(22.920・・・までにはまだまだですね。
因みに、1の数字を含むものを除いたものだけで和をとると、同じく1億までに、「9.32448・・・」
また、5の数字を含んだものを除くと、「12.6695・・・」でした。


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